超寬頻通訊技術應用於介質物體之電磁成像

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Title:	超寬頻通訊技術應用於介質物體之電磁成像
Other Titles:	Electromagnetic Imaging of Dielectric Objects Using Ultra Wide-Band Techniques
Authors:	丘建青
Contributors:	淡江大學電機工程學系
Keywords:	電磁成像;介電質物體;均勻;非均勻;自由空間;半空間;基因法則;梯度法;超寬頻系統;時域有限差分法;平行化處理
Date:	2007-08
Issue Date:	2009-03-16 16:45:11 (UTC+8)
Abstract:	本計劃擬模擬研究二維與三維介電質物體的電磁成像問題。我們將針對在超寬頻通訊系統下，均勻與非均勻介電質物體在不同空間之逆散射處理方法進行探討。第一年擬於時域中模擬研究二維掩埋均勻、非均勻介電質柱體的電磁影像重建問題。吾人選定應用有限時域差分法(FDTD) 來模擬超寬頻通訊系統中電磁場隨著時間的變化，並將其應用於電磁逆散射問題上。吾人於自由空間中適當安排於不同位置發射脈衝波(TM波)照射物體並於自由空間中分別量測均勻、非均勻介電物體之時域散射場，經由適當的處理以反求埋藏於另一空間中均勻、非均勻介質物體的內部特性。在第二年時，將第一年所研究之二維電磁成像問題延伸至三維均勻介電質柱體的電磁影像重建問題。吾人應用超寬頻通訊系統技術於電磁逆散射問題上。預計將發展一套平行化的時域有限差分法加速正散射計算速度並應用在數台個人叢集電腦進而提升處理空間的尺寸，使處理的問題更加實際化。第三年擬模擬研究三維非均勻介電質柱體的電磁影像重建問題。吾人應用第二年所建立的平行化超寬頻電磁逆散射模擬系統進行研究，於空間中適當安排不同位置的天線發射極短脈衝波照射物體並分別量測非均勻介電物體周圍之時域散射場，經由適當的處理以反求非均勻介質物體的內部特性。吾人將利用接收到的散射場及適當的邊界條件，導出一組非線性微分方程式，將成像問題化為一求極小值的最佳化問題，然後引入梯度法配合基因法則將逆散射問題轉化為求解最佳化的問題。基因法則是一種模擬自然界生物進化的搜尋法則，利用簡單的位元複製，交配及突變即可完成搜尋的程序，此法的優點能突破古典的最佳化方法(如梯度法)之解答只收斂於局部極小值，而非總體極小值。基因法則配合梯度法則可以克服基因法則天性上的搜尋速度遲緩的缺點，增強基因法則搜尋最佳解的能力，藉以重建在自由空間中此非均勻介質柱體的位置、形狀和介電常數分佈。最後將電磁成像所得結果與原先假設者比較，藉以驗證並改進電磁成像理論。
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